多相流检测技术的现状及其未来发展

2018-06-11 11:59:37 作者：本网整理来源：今日头条分享至：

多相流是指具有两种或两种以上不同相态或不同组分的物质共存，并具有明确分界面的多相流体。其研究主题常见于能源、水利、化工、冶金等工业部门。常见的多相流有气液两相流、气固两相流、油气水多相流等等。多相流的不稳定、不规则、情况复杂等特点，导致其参数检测存在较大的困难，一直是流体测量领域的一个难点。然而，多相流的研究在工业中具有重要意义，关系到许多与民生息息相关的工业发展。因此，多相流的研究仍是诸多学者的研究热点。

本文简要叙述多相流的特征与检测困难、检测方法发展现状，后重点讲述关于多相流检测技术的未来发展方向的思考。

1 多相流的特征与困难

多相流参数检测的困难简练归结为以下五点：

1）流型复杂多变；

2）相间相互作用强，页面扰动强，存在相变；

3）物性变化临界值难估难测；

4）相间有相对滑移，传热传质规律难以把握；

5）数学描述难度大。

多相流检测的具体特点和困难在文献[1]中有详细描述，此处就不再赘述。

2 多相流的检测现状

按检测模式分类，现阶段检测多相流方法主要有分离式检测法、部分分离式和不分离式检测法[2]。

分离式检测方法的主要原理是将多相流体进行分离，对分离过后的流体用单相表进行计量。其测量的精度主要依赖于分离效率与质量，若各相分离效果较差或难以分离，则无法适用本类方法。并且这类方法显然不适合于对实时性要求较高的场合。

部分分离法在分离式检测方法的基础上做出改进，其主要原理是将易分离的相先分离出来，而将剩下的相混合计量。此测量方法目前仍处于试用阶段，且维护费用较高。

不分离法顾名思义，即不分离多相流，直接检测参数信息。这种测量方法可实时测量，维护费用也最低。但其无法适用于各种流型，技术尚不成熟。

3 多相流的未来发展之我见

关于多相流检测技术的未来发展方向，结合所研读的文献的内容，我认为可以重点关注以下几个发展方向：

1）紧抓单相流参数检测技术的钻研与发展。

在多相流的检测思路中，分离式的检测方法仍然是主要的发展方向[2]，因此，将多相流检测技术分解为单相流检测技术的有机融合，必然要求单相流检测技术应当具备较高的精度。

2）结合运用模式识别和信号处理领域的相关知识。

模式识别是许多研究领域的交集。模式识别领域中的研究方向，例如贝叶斯决策、非线性分类器等等，可以在很多平台得到应用，多相流检测领域也不例外[3]：多相流参数的获取，可通过模式识别方法采集，其实质上最终转化为数字信号，于是问题便转化为对数字信号的处理，可以采用各式各样的数字信号处理方法来解决问题，如文献[4]。尤其是目前多相流参数检测领域中存在的过程参数模糊、测量精度不高等问题，若能结合信号处理技术对采集到的信息做适当处理，可以有效提高信噪比，从而提升多相流参数检测结果的精度。

3）深度结合数字图像处理相关技术。

目前，数字图像处理技术已经较好地与过程层析成像技术相结合，成功应用在了多相流参数的检测过程中[5]。而随着机器视觉、深度学习等领域的快速发展、愈发成熟，未来计算机视觉技术在多相流参数检测过程中一定会发挥越来越重要的作用。尤其是针对多相流局部空间实现实时或瞬时的微观测量时，巧妙借助数字图像技术，无疑能捕获更多的细节信息，实现局部测量精度和灵敏度的提升。对于整体测量而言，数字图像技术也能够更加智能化地帮助人们把握全局动态，其还可以有诸多延伸发展空间，如设计自动预警、自适应算法等功能，还可以利用可视化技术将多相流参数进行可视化展示。因此，深度结合、运用计算机视觉技术很可能为多相流检测领域注入新的活力，带来更多惊喜。

4）利用人工智能技术为多相流检测锦上添花。

在模式创新、概念创新仍较为盛行的情况下，紧跟国家指导方针、技术发展潮流，将人工智能技术引进多相流参数检测中，不仅大有裨益，更能起到锦上添花之效。首先，随着人工智能技术的发展成熟，各类成型的智能算法调用成本低、落地快，通过调整模型能够快速适应不同工业领域，且效果往往比较理想。如果能引入人工智能技术并有效推广使用，可以预见，在未来多相流参数的检测过程会显得愈发智能、高效；其次，多相流参数检测的项目需求往往是大型流程工业，多属国有企业，随着国务院印发《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》提出大力发展、支持人工智能产业，企业也必然往此方向转型、靠拢，引入人工智能技术是符合新时代要求的模式创新，必然能获得企业和社会各界的关注和支持，对提高多相流检测领域的影响力、新活力大有帮助。但当然，人工智能技术能否在多相流参数检测领域得以恰当、有效的运用，还需要看相关领域学者们的努力。如文献[6]中提出了一种基于神经网络的多相流计量方法，这也让我们对人工智能技术在多相流检测领域的应用充满了期待。

5）实践出真知。

多相流的复杂性，使得基于仿真的文献所提出的方法很可能可靠性不高，在落地性上需要更多的实践探索来验证。初步研究时，我们可以探索如何搭建贴近实际的实验系统，而深入研究、要投入使用时，学者应当将所研方法投入到实际系统中测试和验证。然而，由于多相流检测所处的大型工业环境用作测试较为困难，如何如破这一瓶颈、将大量理论研究落于实践，应当是多相流检测技术取得突破性进展的关键环节。